JP4141560B2

JP4141560B2 - 回路基板のプラズマ処理装置

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Publication number: JP4141560B2
Application number: JP37759398A
Authority: JP
Inventors: 弘之池田; 省司志賀; 亮一森
Original assignee: Nippon Mektron KK
Current assignee: Nippon Mektron KK
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1998-12-28
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2018-12-28
Also published as: JP2000200773A; US6198067B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロウェ−ブ励起プラズマ処理装置に於いて、可撓性回路基板等の多数枚の被処理基板の表面改質及びエッチング処理等を両面同時に行うことの可能な回路基板のプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロウェ−ブ励起プラズマ処理装置は多くの分野で使用されており、例えば図６のように、石英チャンバ−５０の上部に密封して設けた絶縁体窓を介して導波管５１を設置すると共に、この導波管５１の頂部にはマグネトロン５２を設置し、石英チャンバ−５０内には絶縁体台座５３の上に被処理物５４を載置する一方、石英チャンバ−５０の一端からは反応ガス５５を導入し、他方からは真空排気口５７から真空ポンプで排気して圧力ゲ−ジ５６で石英チャンバ−５０内の真空圧を確認し、マグネトロン５２を作動させて被処理物５４に対する所要のプラズマ処理を行うものがあり、このようなプラズマ処理装置は、半導体ウェ−ハのエッチング装置及びＣＶＤ装置等で広く使用されている。
【０００３】
また、図７のように、金属製チャンバ−６０の内部を絶縁体窓６２で密封して仕切り、その上方の頂部にはマグネトロン６１を設置し、金属製チャンバ−６０内には絶縁体台座６３の上に被処理物６４を載置し、金属製チャンバ−６０の一端からは反応ガス６５を導入し、また、他方からは真空排気口６７から真空ポンプで排気して圧力ゲ−ジ６６で金属製チャンバ−６０内の真空圧を確認し、マグネトロン６１を作動させて被処理物６４に対する所要のプラズマ処理を行うものもあり、このようなプラズマ処理装置は、半導体、ＴＦＴやプリント回路基板等のエッチング処理或いはフォトレジストアッシング、エッチング、表面クリ−ニングや表面改質等の技術分野で既に広く応用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如き従来のプラズマ処理装置では、被処理物に対する処理均一性を重視した場合、被処理物は１枚から数枚、即ち、プラズマ発生源に対して処理面を対向させる為、チャンバ−の内断面積とプラズマ発生部の均一性の制約を受けることとなる。
【０００５】
そこで、本発明は、マイクロウェ−ブ励起プラズマ処理装置に於いて、プラズマ発生部の均一性や多きさ等に差程制約を受けることなく、チャンバ−の内断面積及び高さの大半の範囲で多数枚の可撓性回路基板等及び連続した可撓性回路基板シ−トからなる被処理基板に対する表面改質及びエッチング処理等を両面同時に行うことの可能な回路基板のプラズマ処理装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
その為に本発明による回路基板のプラズマ処理装置では、密封される金属製チャンバ−の上部からマグネトロンによって発生されたマイクロ波を前記金属製チャンバ−内に照射することにより被処理物に対してプラズマ加工処理を施す為のプラズマ処理装置に於いて、前記金属製チャンバ−内に絶縁状態で多数の被処理基板を所要の間隔で配置し、前記各被処理基板の両面には、前記被処理基板より大きく、かつメッシュ状又は多穴状に構成され、前記金属製チャンバ−と同電位となるように近接配置した多数のグランド側電極板を配装し、反応ガスの存在下に前記被処理基板と前記グランド側電極板との間の高周波電位差によって前記被処理基板と前記グランド側電極板との間に発生するグロ−放電を利用して多数の前記被処理基板の両面を同時に所要のプラズマ加工処理するように構成したものである。
【０００７】
そして、前記多数の被処理基板はその下端部をホルダ−に所要の間隔で保持するように構成できる。
【０００８】
このような被処理基板の処理枚数を更に高めるには、前記金属製チャンバ−内に絶縁状態で配装したホルダ−を所要の間隔で多段に配装し、これらの各ホルダ−に多数の被処理基板を所要の間隔で配置し、前記各被処理基板の両面には前記金属製チャンバ−と同電位となるように近接配置した多数のグランド側電極板を配装、前記被処理基板より大きく、かつメッシュ状又は多穴状に構成され、する構造が有利である。
【０００９】
本発明に係る回路基板のプラズマ処理装置は、上記の如き矩形の被処理基板に限らず、所要の可撓性回路基板を多数個区画形成した連続状の被処理基板シ−トに対して連続的に両面同時のプラズマ処理加工を施せるように構成することもできる。
【００１０】
この場合には、密封される金属製チャンバ−の上部からマグネトロンによって発生されたマイクロ波を前記金属製チャンバ−内に照射することにより被処理物に対してプラズマ加工処理を施す為のプラズマ処理装置に於いて、前記金属製チャンバ−内の端部に連続状の被処理基板シ−トの為の繰り出しロ−ル及び巻取りロ−ルを配置し、前記被処理基板シ−トを上下に多数所定の間隔を置いて配置した中間ロ−ルを通じてジグザグ状に移動可能に配装し、前記被処理基板シ−トの移動域の両面には前記金属製チャンバ−と同電位となるように近接配置した多数のグランド側電極板を配装し、反応ガスの存在下に前記被処理基板シ−トと前記グランド側電極板との間の高周波電位差によって前記被処理基板シ−トと前記グランド側電極板との間に発生するグロ−放電を利用して多数の前記被処理基板シ−トの両面を同時に移動させながら所要のプラズマ加工処理するとともに、前記繰り出しロ−ル及び前記巻取りロ−ルを配置した部分とプラズマ加工処理がなされる部分とはシ−ルド板で仕切るように構成することを基本とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図示の実施例を参照しながら本発明を更に詳述する。図１は本発明の一実施例による回路基板のプラズマ処理装置の概念的な構成図であって、箱形状に形成されたアルミニウム製又はステンレス製などからなる金属製チャンバ−１の上部には密封真空シ−ル構造により設置したアルミナ板又は石英板等からなる絶縁性の透過窓４を設け、この透過窓４を包囲するように例えばアルミニウム製のシ−ルドチャンバ−２を設置し、このシ−ルドチャンバ−２の頂部にはマグネトロン３を装着し、このマグネトロン３で発生した発振周波数２．４５ＧＨｚ程度のマイクロ波を透過窓４を介して金属製チャンバ−１内に導入するように構成してある。
【００１２】
金属製チャンバ−１の底部には石英板又はテフロン板等の適当な絶縁体台座５を設け、この絶縁体台座５の上面には図２にも示すように所要の大きさの例えばアルミニウム製などの治具からなる被処理基板の為のホルダ−６を設置し、このホルダ−６の上面にはそこに設けた図示しない適当な溝等を利用して、硬質回路基板又は可撓性回路基板等を含む多数の被処理基板７の下端部が所定の間隔で縦方向に支持されている。
【００１３】
また、上記の如く配置された多数の被処理基板７の上方部位には、それらの被処理基板７に接触することなく、金属製チャンバ−１の内壁に固着したグランドとなる支持フレ−ム８を設け、図２の如くこの支持フレ−ム８にそれぞれの上端部を接合支持されたアルミニウムのメッシュ板或いは多穴板からなるグランド側電極板９が各被処理基板７の両面に均等に近接配置されている。これらのグランド側電極板９はその下端部は被処理基板の為のホルダ−６に接触しない大きさに形成される。
【００１４】
なお、金属製チャンバ−１の前面には、図示しないが密閉式の適当な開閉ドアを設け、例えばホルダ−６と共に各被処理基板７を出し入れするように構成することができる。
【００１５】
上記の装置に於いて、金属製チャンバ−１の一端から例えば四フッ化炭素ガスと酸素との混合ガス又は窒素ガス等の反応ガス１０を導入し、また、その他端から排気ポ−ト１１を介して真空ポンプで排気して金属製チャンバ−１内を０．２ｍｂａｒ〜０．１５ｍｂａｒに保持しながら、マグネトロン３を作動させてマイクロ波を発生させると、金属製チャンバ−１内にはグロ−放電状態のプラズマが発生する。この状態は覗き窓１２から見ることにより、各被処理基板７とグランド側電極板９との間にグロ−放電が各被処理基板７の両面で略全体的に発生していることが確認できる。
【００１６】
このような回路基板のプラズマ処理装置では、各被処理基板７の両面近傍全域で反応ガスがプラズマ化する結果、イオン及びラジカルが存在して各被処理基板７に於ける絶縁べ−ス材や接着層等に対するエッチング等の反応が進行する。
【００１７】
本発明ではグランド側電極板９として、穴径約０．８ｍｍ、厚さ１ｍｍ程度であって被処理基板７の外形寸法より３０％程度大きく形成したアルミニウムメッシュ板等の多穴板を用いるが、このようなグランド側電極板９では穴又はメッシュのエッジを利用してグロ−放電を容易化し、また、各被処理基板７とグランド側電極板９との空間に反応ガスが容易に出入り可能にするものである。この現象は、回路基板に用いられる絶縁層を挟んで両面に銅パタ−ンを設けた回路基板に顕著に見られる。そして、上記のようにグランド側電極板９を被処理基板７より大きく形成することにより、各被処理基板７に対する両面同時加工時の均一性を向上させることができる。
【００１８】
上記の如き回路基板のプラズマ処理装置を使用すると、両面に於ける銅箔等をフォトリソグラフィ−技術又はエッチング技術で適宜除去した後の被処理基板７の露出した絶縁層の表面で反応が発生し、また、反応ガスによりプラズマを発生させることにより、その露出した絶縁層がエッチングされるので、これによってスル−ホ−ル又はビアホ−ル等を容易に形成できる。
【００１９】
各被処理基板７に対するこのような両面同時加工処理は、上記装置の構造により、高周波電位はマグネトロン３の出力端が最も高く、次いで被処理基板７のそれが続き、そしてグランド側電極板９の高周波電位が一番低くなるので、被処理基板７とグランド側電極板９との間には電位差が発生することとなり、従って、被処理基板７とグランド側電極板９との空間では放電が生じ、これにより被処理基板７の表面にプラズマを発生させて上記の如きプラズマ加工処理を好適に施すことが可能になる。
【００２０】
図３は、被処理基板７を多数枚多段に配装することにより、更に能率良く各被処理基板７をプラズマ加工処理できるように構成した本発明の他の実施例による回路基板のプラズマ処理装置の概念的構成図であって、図１と同一符号はそれらと同一の構成要素を示す。
【００２１】
図３に於いて、一段目の各被処理基板７はそれらの下端部及び上端部が前記の実施例と同様な被処理基板の為のホルダ−６と６Ａとにより所定の間隔で支持され、また、各被処理基板７の両面に近接配置されるグランド側電極板９は、その各下端部がホルダ−６上面に設けた絶縁スペ−サ１３で支持されると共に、その各上端部が上部のホルダ−６Ａの下面部に取付けられている。
【００２２】
そして、二段目の各被処理基板７はそれらの下端部がホルダ−６Ａの上面部に上記と同様に所定の間隔で支持され、また、この二段目の各被処理基板７の両面に近接配置されるグランド側電極板９は、その各下端部がホルダ−６Ａの上面に支持されると共に、その各上端部がグランドとなる支持フレ−ム８に取付支持されており、支持フレ−ム８の端部をグランド用リ−ド線１７で金属製チャンバ−１に着脱可能に接続することによって、これらの各グランド側電極板９を金属製チャンバ−１と電気的に同電位になるように構成してある。
【００２３】
この装置でも、前記実施例と同様に金属製チャンバ−１の一端から例えば四フッ化炭素ガスの反応ガス１０Ａと酸素の反応ガス１０Ｂとの混合ガスを導入し、また、その他端からは排ガス処理装置への排出口１６を有する真空ポンプ１５で排気することによって、金属製チャンバ−１内を例えば０．５ｍｂａｒ〜１．５ｍｂａｒに保持できるように圧力ゲ−ジ１４で確認しながら、マグネトロン３を最適な出力で作動させてマイクロ波を発生させると、前記同様に各被処理基板７の両面を同時に高い処理能力でプラズマ加工処理することができる。
【００２４】
ここで、図１或いは図３に示す上記構造の回路基板のプラズマ処理装置の応用例として、回路基板に於けるドリル穴内のデスミアリング及び表面改質について説明する。
【００２５】
一般的に可撓性回路基板等の回路基板は単層或いは多層に構成されると共に、その絶縁層の材質にはエポキシ樹脂又はポリイミド樹脂等の絶縁樹脂材料が多く使用されている。そして、このような回路基板に対する穴あけ加工には、機械的ドリル加工が多用されるが、加工穴径が０．３ｍｍを下回るとこの機械的ドリル加工では困難となるので、炭酸ガスレ−ザ−、ヤグレ−ザ−又はエキシマレ−ザ−等を使用したレ−ザ−ドリル加工を採用する。
【００２６】
これらの手法でスル−ホ−ル或いはブラインドビアホ−ル等の穴あけ加工した場合、加工穴壁、穴底部又はそれらの双方には変性物や残渣が残る場合がある。このような残渣の存在は、メッキ付着不良やコンタクト面積不足等の発生の要因となるので、このような残渣を除去する必要がある。
【００２７】
本発明による回路基板のプラズマ処理装置に於いて、既述した態様で装置内に各被処理基板７を装填し、例えば四フッ化炭素ガスと酸素との混合ガスからなる反応ガスを導入してプラズマエッチング処理を施すと、各被処理基板７に設けられた穴内壁や穴底等に存在する残渣を約１０分から１５分間で両面同時に容易に除去することができる。
【００２８】
また、他の応用例としてこのような回路基板の穴あけエッチング加工について説明すると、例えば高能率に穴あけエッチング処理を施す為に、四フッ化炭素ガスと酸素との混合比率と反応時の圧力を変えることができる。そして、各被処理基板７に対する両面同時穴あけ加工する場合、各被処理基板７と各グランド側電極板９との距離を調整することにより、各被処理基板７と各グランド側電極板９との両面の均一性及び両面のエッチングレ−ト合わせを変えることができる。
【００２９】
このような調整によって、各被処理基板７の両面の面内均一性は、エッチング深さを例にした場合ではその回路基板の大きさが縦横３００ｍｍの場合で±１５％以内に抑えることができる。そして、回路基板両面のエッチングレ−トについても約１０％〜２０％に抑えることができる。しかし、仮にグランド側電極板９を設置しなかった場合には、１：３〜１：５の差が発生する。
【００３０】
図４は上記の如く処理した被処理基板７の概念的な断面説明図であって、内部絶縁層２０及び表面絶縁層２１を備えた回路基板には、必要に応じて内部配線層２２及び表面配線層２３が形成され、その表面配線層２３内に露出する絶縁層の部分を除去して形成したブラインドビアホ−ル２４及びスル−ホ−ル２５の内壁や穴底部に存在する残渣等は、本発明の装置を用いることにより好適に除去することができ、また、既述の如くその表面の改質等の処理も行える。
【００３１】
図５は被処理基板として所要の可撓性回路基板を多数個区画形成した連続状の被処理基板シ−トに対して連続的に既述した両面同時のプラズマ処理加工を施せるように構成した更に他の実施例による回路基板のプラズマ処理装置の概念的な構成図である。
【００３２】
図５に於いて、箱型状に形成された金属製チャンバ−３０の略中央部右方上部には、既述した実施例と同様に金属製のシ−ルドチャンバ−３１を配設し、このシ−ルドチャンバ−３１の頂部にはマグネトロン３２を設置し、また、シ−ルドチャンバ−３１と金属製チャンバ−３０との間には密封状態で設置したアルミナ板又は石英板等からなる絶縁性の透過窓３３を設けてある。
【００３３】
そして、マグネトロン３２によるマイクロ波照射領域から適当に左方に位置する金属製チャンバ−３０内には、マイクロ波を遮断可能なシ−ルド板３４を配設し、そのシ−ルド板３４で仕切られた左方の上部に繰り出しロ−ル３５を設け、この繰り出しロ−ル３５に装着された所要の可撓性回路基板を多数個区画形成した連続状の被処理基板シ−ト３６は、シ−ルド板３４を通過してプラズマ処理部４０に導入され且つこのプラズマ処理部４０内に上下にジグザグ状に多数個配置された中間ロ−ル３７及び方向転換ロ−ル３９を通して上記繰り出しロ−ル３５の下方部に設置した巻取りロ−ル４１によって順次的に巻取られるように構成してある。
【００３４】
また、プラズマ処理部４０内に於ける被処理基板シ−ト３６のジグザグ状態での移動域の両面の近接した部位には、それぞれ金属製チャンバ−３０と同電位となるように設置したアルミニウムのメッシュ板或いは多穴板からなるグランド側電極板３８を設け、これにより被処理基板シ−ト３６の移動中にこの被処理基板シ−ト３６に対して既述したようなプラズマ加工処理を行えるように構成したものである。
【００３５】
斯かる回路基板のプラズマ処理装置に於いても、前記実施例と同様に金属製チャンバ−３０に於けるプラズマ処理部４０の一端から例えば四フッ化炭素ガスと酸素との混合ガス又は窒素ガス等の反応ガス４２を導入し、また、その他端から排気ポ−ト４６を介して真空ポンプで排気して圧力ゲ−ジ４３を見ながら金属製チャンバ−３０のプラズマ処理部４０内を０．２ｍｂａｒ〜０．１５ｍｂａｒに保持し、更に、マグネトロン３２を作動させてマイクロ波を発生させると、金属製チャンバ−３０のプラズマ処理部４０内に於ける被処理基板シ−ト３６とグランド側電極板３８との間にはグロ−放電状態のプラズマが発生する。
【００３６】
このような状態でプラズマ処理部４０中で被処理基板シ−ト３６を連続的にジグザグ状態で移動させる間に、被処理基板シ−ト３６に対して既述した所要の穴あけ加工、デスミアリング処理や表面改質或いは表面クリ−ニングなどの種々のプラズマ加工処理を高い能率で好適に施すことができる。
【００３７】
この場合、被処理基板シ−ト３６に対する処理速度は、被処理基板シ−ト３６の繰り出し速度、マグネトロン３２の発振出力、反応ガス４２の流入量及びその混合比に加えて、プラズマ処理部４０内の動作圧力及び被処理基板シ−ト３６とグランド側電極板３８との間の間隔等を調整することにより最適に設定することができる。
【００３８】
また、被処理基板シ−ト３６とグランド側電極板３８との間にバイアスリ−ド板４４を用いてバイアス電源４５から例えば４０ＫＨｚ〜４００ＫＨｚの高周波電力を印加すると、被処理基板シ−ト３６とグランド側電極板３８との間に発生するグロ−放電が増加するので、エッチング速度等を高めることが可能であり、同様に被処理基板シ−ト３６の面内のエッチング均一性も改良できる。
【００３９】
なお、バイアス電源４５に於ける出力端子の高電位出力端子とグランド側電極板３８との接続を変更することにより、上記の如きエッチング特性を等方性から異方性に変えることも可能である。
【００４０】
【発明の効果】
本発明による回路基板のプラズマ処理装置によれば、矩形の被処理基板或いは連続した被処理基板シ−トの両面を挟むようにグランド側電極板を近接して配置した構造であるので、多数の被処理基板或いは被処理基板シ−トの両面に対する両面同時的な所要の穴あけ加工、デスミアリング処理や表面改質或いは表面クリ−ニングなどの種々のプラズマ加工処理を高い能率で好適に施すことが可能である。
【００４１】
また、その装置構成は簡易であるので、設置コストを低減させながらこの種の被処理基板或いは被処理基板シ−トに対する上記のプラズマ加工処理を安定的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に従った回路基板のプラズマ処理装置の概念的な構成図。
【図２】本発明に従った被処理基板とグランド側電極板との配設態様を示す斜視説明図。
【図３】本発明の他の実施例に従った回路基板のプラズマ処理装置の概念的構成図。
【図４】被処理基板の概念的な断面説明図。
【図５】本発明の更に他の実施例による回路基板のプラズマ処理装置の概念的な構成図。
【図６】従来のプラズマ処理装置の概念的な構成図。
【図７】従来の他の例のプラズマ処理装置の概念的な構成図。
【符号の説明】
１金属製チャンバ−
２シ−ルドチャンバ−
３マグネトロン
４透過窓
５絶縁体台座
６ホルダ−
７被処理基板
８支持フレ−ム
９グランド側電極板
１０反応ガス
１１排気ポ−ト
１２覗き窓

Claims

密封される金属製チャンバ−の上部からマグネトロンによって発生されたマイクロ波を前記金属製チャンバ−内に照射することにより被処理物に対してプラズマ加工処理を施す為のプラズマ処理装置に於いて、前記金属製チャンバ−内に絶縁状態で多数の被処理基板を所要の間隔で配置し、前記各被処理基板の両面には、前記被処理基板より大きく、かつメッシュ状又は多穴状に構成され、前記金属製チャンバ−と同電位となるように近接配置した多数のグランド側電極板を配装し、反応ガスの存在下に前記被処理基板と前記グランド側電極板との間の高周波電位差によって前記被処理基板と前記グランド側電極板との間に発生するグロ−放電を利用して多数の前記被処理基板の両面を同時に所要のプラズマ加工処理するように構成したことを特徴とする回路基板のプラズマ処理装置。
前記多数の被処理基板の下端部をホルダ−に所要の間隔で保持するように構成した請求項１の回路基板のプラズマ処理装置。
密封される金属製チャンバ−の上部からマグネトロンによって発生されたマイクロ波を前記金属製チャンバ−内に照射することにより被処理物に対してプラズマ加工処理を施す為のプラズマ処理装置に於いて、前記金属製チャンバ−内に絶縁状態で配装したホルダ−を所要の間隔で多段に配装し、これらの各ホルダ−には多数の被処理基板が所要の間隔で配置され、前記各被処理基板の両面には、前記被処理基板より大きく、かつメッシュ状又は多穴状に構成され、前記金属製チャンバ−と同電位となるように近接配置した多数のグランド側電極板を配装し、反応ガスの存在下に前記被処理基板と前記グランド側電極板との間の高周波電位差によって前記被処理基板と前記グランド側電極板との間に発生するグロ−放電を利用して多数の前記被処理基板の両面を同時に所要のプラズマ加工処理するように構成したことを特徴とする回路基板のプラズマ処理装置。
密封される金属製チャンバ−の上部からマグネトロンによって発生されたマイクロ波を前記金属製チャンバ−内に照射することにより被処理物に対してプラズマ加工処理を施す為のプラズマ処理装置に於いて、前記金属製チャンバ−内の端部に連続状の被処理基板シ−トの為の繰り出しロ−ル及び巻取りロ−ルを配置し、前記被処理基板シ−トを上下に多数所定の間隔を置いて配置した中間ロ−ルを通してジグザグ状に移動可能に配装し、前記被処理基板シ−トの移動域の両面には前記金属製チャンバ−と同電位となるように近接配置した多数のグランド側電極板を配装し、反応ガスの存在下に前記被処理基板シ−トと前記グランド側電極板との間の高周波電位差によって前記被処理基板シ−トと前記グランド側電極板との間に発生するグロ−放電を利用して多数の前記被処理基板シ−トの両面を同時に移動させながら所要のプラズマ加工処理するとともに、前記繰り出しロ−ル及び前記巻取りロ−ルを配置した部分とプラズマ加工処理がなされる部分とはシ−ルド板で仕切るように構成したことを特徴とする回路基板のプラズマ処理装置。
前記被処理基板シ−トと前記グランド側電極板との間に高周波電力を印加できるようにバイアス電源を設けるとともに、前記バイアス電源に於ける出力端子の高電位出力端子と前記グランド側電極板との接続を変更可能に構成した請求項４の回路基板のプラズマ処理装置。